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力的合成、物体的平衡


主讲:李 超

一周强化

一、一周知识概述  

  本周我们将进一步学习有关力学的知识,内容有:同一直线上二力的合成、二力平衡及探究运动和力的关系。

二、重难点知识归纳与讲解

(一)同一直线上二力的合成

1、合力——几个力共同作用在一个物体上时,它们的作用效果可以用一个力来代替,这个力叫做那几个力的合力。

2、力的合成——如果已知几个力的大小和方向,求合力的大小和方向,称为力的合成。

3、沿同一直线作用的两个同方向的力,其合力方向不变,大小是这两个力的大小之和,沿同一直线作用的两个反方向的力,其合力方向与其中较大的力的方向一致,大小是这两个力的大小之差。

例1、关于同一直线两个力的合力,下面说法正确的是( )

A.合力一定大于其中任何一个力

B.合力为零时,二力一定大小相等,方向相反

C.合力一定小于其中任何一个力

D.合力的方向一定与较大的力的方向相同

解析:

  本题应根据同一直线上二力合成的规律入手。由题可知,二力的方向没有明确,所以当二力反向时,合力是它们之差,结果就不一定大于其中任何一个力(如二力相等时),故A错误。只有当二力大小相等,方向相反时求出的合力才为零,所以B正确,当二力同向时,合力是二力相加,因此不可能小于其中任何一个力,则C错误。若二力不等时,无论二力同向还是反向,合力的方向都与较大的力的方向相同,即D选项也对。

答案:B、D

(二)二力平衡

1、物体保持静止或匀速直线运动状态,叫做平衡。平衡的物体所受的力叫做平衡力。

2、如果物体受两个力作用而处于平衡的情况叫做二力平衡。

3、二力平衡的条件:作用在同一物体上的两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上,即合力为零。

例2、一本书在水平桌面上并处于静止状态,如下图所示,下列说法中正确的是( )

A.桌面对书的支持力与书对桌面的压力是一对平衡力

B.书本对桌面的压力与书受到的重力是一对平衡力

C.桌面对书的支持力与书受到的重力是一对平衡力

D.桌面对书的支持力与桌面受到的重力是一对平衡力

解析:

  此类题关键是理解平衡力和相互作用力的区别:

项目

相互平衡力

相互作用力

相同点

1

大小相等

 

2

方向相反

 

3

作用在同一直线上

 

不同点

1

作用在同一个物体上

分别作用在两个物体上

2

不一定是相同性质的力

一定是相同性质的力

  二力平衡条件是作用在同一物体上两个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,A中由于忽视了两个力必须作用在同一物体才可能满足平衡,桌面对书的支持力是作用在书上,而书对桌面的压力是作用在桌面上,二力不同体,因此不可能平衡,B中没有理解二力平衡必须同体,且二力还要反向,这两条件都不满足,因此这两力不可能平衡,D是由于上面所述同样的错误,桌面对书的支持力是作用在书上,桌面受到的重力的作用在桌面上,这两个不同体,因此不可能平衡。

答案:C

(三)探究运动和力的关系

1、惯性——我们把物体保持运动状态不变的性质叫做惯性。

2、一个物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。这个规律叫做牛顿第一定律,也称为惯性定律。

3、一切物体受到外力作用时,它的运动状态就要改变。静止的物体受力后开始运动;运动的物体受力后运动可能变快,变慢或改变运动方向。因此,力是使物体运动状态发生变化的原因。

例3、物体只受到一对平衡力的作用时,下列判断正确的是( )

A.这两个力的合力肯定为零

B.这两个力的三要素完全相同

C.物体一定处于匀速直线运动状态

D.这两个力的方向一定相反,且在水平方向上

解析:

  在平衡力的作用下,物体是保持静止,还是做匀速直线运动,这要由原来的运动状态决定;但平衡力不一定是在水平方向或竖直方向,还可以在其他任意方向上;也不一定非要这两个力作用在物体的同一点上,但是要在同一直线上。物体只受平衡力作用时,二力大小相等且方向相反,合力为零。

答案:A

例4、弹簧秤下挂着质量是10kg的物体,当:

  (1)物体静止时;

  (2)物体以5m/s匀速上升时;

  (3)物体以0.5m/s匀速上升时;

  (4)物体以5m/s匀速下降时,弹簧秤的示数各是多少?

解析:

  物体受到两个力:竖直向下的重力G、竖直向上拉力F,G=mg=10kg×9.8N/kg=98N。

  物体静止、匀速上升、匀速下降、物体都是处于平衡状态,G、F是一对平衡力,根据二力平衡的条件得F=G=98N。

答案:弹簧秤示数均为98N。

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